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Células solares teñir-sensibilizadas

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Células solares teñir-sensibilizadas son una alternativa prometedora para fotovoltaica convencional de semiconductores y se han convertido en viables comercialmente en los últimos años.

Células sensibilizadas por colorante compensan su menor eficiencia únicamente produciendo energía constante incluso a altas temperaturas y ángulos de incidencia alta del fotón, que rinde casi 50% más energía que las células solares de silicio bajo condiciones de poca luz. Son considerablemente más fáciles de fabricar y utilizar pigmentos basados en plantas naturales, abundantes como tintes. Este video ilustra el funcionamiento de las células solares teñir-sensibilizadas, demuestra un procedimiento elemental para la creación de muestras de prueba en el laboratorio empleando pigmentos de la planta y discute un número de aplicaciones.

Todas las células solares se basan en la capacidad de luz para donar energía a los electrones para producir corrientes eléctricas.

En los solos átomos, electrones están limitados a niveles discretos de energía. Sin embargo, cuando absorben fotones de luz, los electrones ascienden temporalmente a niveles más altos de energía, dejando un agujero en el nivel inferior.

Cuando dos átomos están en proximidad, perturban de mutuamente electrones. Esto crea nuevos niveles de energía que los electrones pueden ocupar. Como se agregan átomos adicionales, más energía los niveles de forma, uniéndose finalmente en bandas de energía densa.

En semiconductores, los niveles de energía desocupados formar una banda de conducción de alta energía, mientras que niveles ocupados forman una venda de la Valencia de bajo consumo de energía. La diferencia de energía se conoce como la "energía de banda prohibida". Si un fotón con la energía de banda prohibida choca contra un electrón, el electrón se promoverá, dejando un agujero. Electrón y el agujero pueden realizarse desde un átomo a átomo hasta que recombinan.

Ahora que hemos visto cómo semiconductores absorben energía de la luz, vamos a ver cómo podemos aprovechar este fenómeno en una célula solar teñir-sensibilizada.

A diferencia de las células solares de silicio, células solares teñir-sensibilizadas separar el proceso de absorción de la luz de la de transmisión actuales, para reducir la tasa de recombinación.

La célula contiene un colorante sensibilizador, una capa de semiconductor, un electrolito y dos electrodos. El semiconductor es un dieléctrico estable, como la Anatasa TiO2. El electrolito suele ser un yoduro orgánico y el electrodo contra un material y calor-resistente a la corrosión, a menudo platino o carbono.

El semiconductor es mesoporosos y contiene una monocapa de colorante adsorbida. Cuando un electrón del tinte es excitado por un fotón, se inyecta inmediatamente en venda de conducción del semiconductor.

El semiconductor transmite electrones a la photoelectrode y a su vez al circuito. Las vueltas de electrones vía el contra electrodo, donde se reduce el electrolito gastado, completando el ciclo.

Colorantes efectivas responden a todo el espectro visible. Principios colorantes incluyen complejos de rutenio orgánica. Estos proporcionan alta conversión en el infrarrojo, pero son caros y difíciles de producir. Pigmentos fotosensibles basadas en plantas, tales como carotenoides y antocianinas, son más abundantes y práctica, aunque menos eficiente.

Ésos son los principios. Ahora vamos a examinar un procedimiento elemental de funcionamiento en el laboratorio.

El procedimiento demostrado aquí permite células solares teñir-sensibilizadas de que rápidamente fabricado y probado, usando sólo precursores comunes y materiales de laboratorio.

Empezar por agregar 6 g de TiO2 polvo de Anatasa a un mortero. Añadir 2 - 3 mL de vinagre y la rutina de la suspensión para romper los terrones. Iterativamente Agregar vinagre en incrementos de 1 mL y la rutina, hasta que se han añadido un total de 9 mL. En última instancia, la pasta debe ser uniforme.

A continuación, producir una solución de surfactante mezclando con cuidado una gota de detergente con 1 mL de agua destilada. Mezclar suavemente la solución de surfactante en la pasta, teniendo cuidado de no producir burbujas. Permite la suspensión a que se equilibren

Limpia dos SnO2 cubierta conductora portaobjetos usando un trapo pelusa baja empapan en etanol. Utilice un multímetro para encontrar su lado conductor. El lado del conductor debe tener una resistencia de 10-30 Ω.

Cinta las diapositivas para el Banco, un conductor hacia arriba y el otro conductor, que son enmascarados 5-8 mm y no hay burbujas de aire. Usando una varilla de vidrio, aplica una línea fina y uniforme de pasta en el borde superior del lado del conductor. Deje que la película seque ligeramente y retire la cinta.

Seco el portaobjetos colocando en un plato caliente, lado conductor para arriba. La película primero oscurecer a un color marrón púrpura y luego blanquear. Cuando esto ocurre, apague la placa, manteniendo el portaobjetos en la parte superior. Después de que se haya enfriado a temperatura ambiente, grabar la superficie de la película.

Para preparar el contra electrodo, limpiar un segundo portaobjetos de vidrio conductor. Aplicar el catalizador de carbón al lado del conductor. Mantenga el lado conductor con pinzas sobre una llama más ligera. Dejar que el hollín recoger para no más de 30 segundos, reorientar el portaobjetos con las pinzas y cubrir la esquina restante con hollín de la misma manera, asegurar que la diapositiva entera está cubierta.

Ahora que los electrodos han sido preparados, vamos a construir la célula solar teñir-sensibilizada.

Use una espátula para aplastar algunas frambuesas, moras o cerezas en un vaso de precipitados. Luego filtrar la solución en una placa Petri con un filtro de café, agregando unas pocas gotas de agua destilada si es necesario.

Utilizando pinzas, coloque el photoelectrode en la caja Petri conductor hacia abajo, teniendo cuidado de no raspar la película. Cuando la coloración se completa, retire la corredera cuidadosamente y compruebe que no hay manchas blancas son visibles. Enjuagar el portaobjetos en etanol y luego séquela.

Coloque el contador electrodo hacia abajo en la película, manteniendo un desplazamiento entre las diapositivas. Fije los ganchos de la carpeta en los bordes de la diapositiva. Coloque unas pocas gotas del electrólito a lo largo del borde y déjelo escurrirse sobre la película abriendo ligeramente los clips de la carpeta. La célula está ahora lista para funcionar.

Prepárese para medir el funcionamiento de la célula debajo de una lámpara halógena. Oriente la célula la photoelectrode se enfrenta a lámpara del halógeno. Utilice un multímetro para medir el potencial de circuito abierto y la corriente de cortocircuito.

A continuación, conecte el celular a un potenciómetro Ω 500 para crear el circuito se muestra en el protocolo de texto. Secuencialmente aumentan la resistencia con el potenciómetro y utilice el multímetro para medir el voltaje y la corriente.

Los datos recopilados se utilizan para crear una curva de corriente / tensión, que describe la conversión de energía solar de la célula solar y la eficiencia solar.

El punto donde la curva cruza el eje x se llama el voltaje de circuito abierto, que es el voltaje máximo a cero corriente. El punto de máxima corriente a 0 V aparece en el gráfico donde la curva cruza el eje y.

El punto de máxima potencia (MPP) se produce en la "rodilla" de la curva y proporciona la tensión y condiciones actuales para el ideal funcionamiento de la célula solar. El MPP de curvas de corriente-voltaje proporciona un medio para comparar el rendimiento de diferentes células solares. El voltaje de circuito abierto medido en este experimento puede alcanzar valores de 0,5 voltios y un potencial cortocircuito de 1-2 mA/cm2 .

Las células solares teñir-sensibilizadas son valiosas en aplicaciones de nicho, y el enfoque en este video permite la creación rápida de prototipos de células con tintes de novela.

Puesto que las células solares teñir-sensibilizadas producen alta potencia bajo condiciones de poca luz, son útiles para "luz de cosecha," la reutilización de la luz interior para sensores de potencia, ID tags, transmisores de datos y más. Una manera de lograrlo es mediante el desarrollo de tintes que introducen niveles de energía dentro de la banda prohibida, de la cual electrones pueden convertir en la banda de conducción. Empíricamente, esto ha duplicado conversión de fotones a electrones en longitudes de onda del infrarrojo cercano mediante la sustitución de una absorción de gran energía única con dos absorciones de energía inferior.

Las células sensibilizadas por colorante se utilizan para la producción de ventanas fotovoltaicas, donde TiO2 vidrio hueco microesferas se añaden a los electrodos para minimizar la contaminación y para mantener la salida. Para esto pueden utilizarse técnicas asequibles fabricación electrospinning, donde una mezcla de TiO2 se inyecta lentamente en un campo eléctrico para producir nanofibras para electrodos de alto rendimiento. Otra técnica de fabricación es la impresión de inyección de tinta. Esto ha sido utilizado para depositar los electrodos sobre sustratos de vidrio, obtención de células con eficiencias del 3,5%.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a las células solares sensibilizadas por colorante. Ahora debe estar familiarizado con el funcionamiento de las células sensibilizadas por colorante, un procedimiento de bajo costo los genera en el laboratorio y algunas aplicaciones. ¡Como siempre, gracias por ver!

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